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Cu/Al-SBA-15吸附剂的制备及其吸附性能研究文献综述

 2020-06-09 22:43:11  

近年来,随着汽车工业的高速发展,汽车尾气的污染问题引起了人们的重视,燃料油的深度脱硫成为炼油工业急需解决的问题。传统的脱硫方法是加氢脱硫,加氢脱硫能除去硫醇、硫醚等大部分硫化物,但是对于脱除含有芳环的噻吩类硫化物效果并不理想。吸附脱硫是一种比较新颖的有效的脱除FCC汽油中硫化物的方法,通过汽油与吸附剂的充分接触,将汽油中的硫化物吸附至吸附剂上,从而降低汽油中的硫含量。使用吸附脱硫对噻吩类硫化物的脱除效果较好、不会降低汽油辛烷值、以及对环境污染小。分子筛具有表面积大、吸附容量高、吸附后可再生等优点,是一种理想的吸附材料,因此使用分子筛选择性脱硫受到研究人员的广泛关注。

SBA-15是一种介孔分子筛,它具有比表面积大、孔径大小易于调变、均一的直行孔道分布、较厚的孔壁以及较好的(水)热稳定性等优点,在吸附分离、纳米材料、催化和生物等诸多领域有着广泛的应用前景。但是,SBA-15是单纯硅基介孔材料,表面只有Si-OH基团,它们一般呈电中性和化学惰性,因而缺少活性位点,大大限制了SBA-15的实际应用范围。因此借助于SBA-15优良的物理化学性质及结构特点,对其进行修饰改性有着重要的研究意义。

本文主要研究了Cu/Al-SBA-15型吸附剂的制备及其吸附脱硫性能,拟通过将铜和铝引入介孔分子筛SBA-15,再使用噻吩对制备的吸附剂进行脱硫性能测定。

1. 介孔分子筛SBA-15

1.1 SBA-15分子筛的合成

1998 年,美国加州大学圣塔芭芭拉分校的赵东元等人采用较为廉价的三嵌段共聚物 EO 20 PO 70 EO 20 (P123)为模板剂,在酸性条件下合成出SBA系列介孔分子筛化。介孔材料 SBA-15 的合成所用的表面活性剂(又称模板剂)是一种双亲水性的中性表面活性剂,即聚环氧乙烷-据环氧丙烷-聚环氧乙烷(EO 20 PO 20 EO 20 ),商品名为 P123(Pluronic 123),分子量为5800,是一种三嵌段共聚物,在达到临界胶束浓度时即形成球状或蠕虫状胶束,浓度若进一步增大则形成六方、立方或层状液晶。硅源是正硅酸四乙酯(TEOS),又可称为无机前躯体或无机前驱物。介孔材料SBA-15是在近似室温的酸性条件下按照[S0H ][X-I ]的途径合成的,其中S0代表非离子表面活性剂,H 代表氢离子,X-代表体系中的反离子,I 代表正电荷的硅物种。SBA-15的合成条件温和,模板剂易去除,且不易引起结构坍塌。

1.2 SBA-15分子筛的结构特点

介孔分子筛SBA-15为高度有序二维六方相,500~550 ℃焙烧可去除模板

剂,亦可通过有机溶剂萃取的方法去除模板剂得到多孔材料。SBA-15 尺寸可以在 5~30 nm范围内调控,氧化硅孔壁厚度可在 3~9 nm 范围内变化,比表面积在 500~1000 m 2/g之间。SBA-15 在去除模板剂之后具有较高的热稳定性(900℃)与水热稳定性(100 ℃,50 h),内表面存在大量的硅羟基。

2.改性介孔分子筛SBA-15

吸附脱硫可分为物理吸附、化学吸附和π-络合吸附,其中π-络合法吸附脱硫由于其在常温常压下反应、无污染、操作简单等优点,已经引起油品深度脱硫研究的广泛重视,利用噻吩类物质与Cu 和Ag 等金属离子可以形成π-络合物的性质。研制π-络合吸附剂,以不需要高温、高压和耗氢的吸附分离法实现成品燃料油中难以分离的噻吩及它的衍生物与燃料油的分离,可以达到深度脱硫的目的的一种吸附方法。虽然 SBA-15 有着很好的物理化学性质和结构特点,但是由于它是纯氧化硅介孔材料,没有催化活性,需要负载活性组分。借助于 SBA-15优良的物理化学性质和结构特点,通过负载活性组分对其进行修饰改性,提高其脱硫性能,成为目前的研究重点。

2.介孔分子筛SBA-15的改性原理

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